JP2016029412A - Optical device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device capable of expanding the application of display devices.SOLUTION: The optical device includes a first optical element and a second optical element. The first optical element is disposed on a display plane of the display device. The first optical element has a first plane on which a first beam of light emitted from the display plane is incident, and a second plane at the side opposite to the first plane. The first optical element includes plural transmission parts and plural non-transmission parts. The plural transmission parts extend in a first direction parallel to the first plane. The plural transmission parts are aligned in a second direction parallel to the first plane and perpendicular to the first direction. The non-transmission parts are disposed between the plural transmission parts. The light transmissivity in the non-transmission part is smaller than the light transmissivity in the transmission part. The second optical element is disposed on the first optical element, on which a second light emitted from the second plane is incident. The second optical element emits the second light as a third beam of light and inclines the optical axis of the third light relative to the optical axis of the second light within a plane perpendicular to the second direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、光学装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an optical device.

携帯型の通信機器やコンピュータなどに、表示装置が設けられる。このような表示装置の新たな応用が望まれる。   A display device is provided in a portable communication device or a computer. A new application of such a display device is desired.

特開2009−251194号公報JP 2009-251194 A

本発明の実施形態は、表示装置の新たな応用を可能にする光学装置を提供する。   Embodiments of the present invention provide optical devices that enable new applications of display devices.

本発明の実施形態によれば、光学装置は、第1光学素子と、第2光学素子と、を含む。前記第1光学素子は、表示装置の表示面の上に配置される。前記第1光学素子は、前記表示面から出射した第1光が入射する第1面と、前記第1面とは反対側の第2面と、を有する。前記第1光学素子は、複数の透過部と複数の非透過部とを含む。前記複数の透過部のそれぞれは前記第1面に対して平行な第1方向に延在する。前記複数の透過部は、前記第1面に対して平行で前記第1方向に対して垂直な第2方向に並ぶ。前記複数の非透過部のそれぞれは、前記複数の透過部どうしの間に配置される。前記複数の非透過部の光透過率は前記複数の透過部の光透過率よりも低い。前記第2光学素子は、前記第1光学素子の上に配置され、前記第2面から出射する第2光が入射する。前記第2光学素子は、前記第2光を第3光として出射させ、前記第3光の光軸を、前記第2方向に対して垂直な平面内で、前記第2光の光軸に対して傾斜させる。   According to the embodiment of the present invention, the optical device includes a first optical element and a second optical element. The first optical element is disposed on the display surface of the display device. The first optical element has a first surface on which the first light emitted from the display surface is incident, and a second surface opposite to the first surface. The first optical element includes a plurality of transmission parts and a plurality of non-transmission parts. Each of the plurality of transmission portions extends in a first direction parallel to the first surface. The plurality of transmission parts are arranged in a second direction parallel to the first surface and perpendicular to the first direction. Each of the plurality of non-transmissive portions is disposed between the plurality of transmissive portions. The light transmittance of the plurality of non-transmissive portions is lower than the light transmittance of the plurality of transmissive portions. The second optical element is disposed on the first optical element, and receives the second light emitted from the second surface. The second optical element emits the second light as a third light, and the optical axis of the third light is within a plane perpendicular to the second direction with respect to the optical axis of the second light. And tilt.

第1の実施形態に係る光学装置を示す模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view showing an optical device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an optical device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an optical device according to a first embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図9(a)及び図9(b)は、第2の実施形態に係る光学装置の特性を示すグラフ図である。FIG. 9A and FIG. 9B are graphs showing the characteristics of the optical device according to the second embodiment. 図10(a)及び図10(b)は、第2の実施形態に係る光学装置を示す模式図である。FIG. 10A and FIG. 10B are schematic views showing an optical device according to the second embodiment. 第3の実施形態に係る光学装置を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る光学装置を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る光学装置を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the optical apparatus which concerns on 4th Embodiment. 実施形態に係る光学装置の使用状態を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the use condition of the optical apparatus which concerns on embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る光学装置を例示する模式的斜視図である。
図2は、第1の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図2は、図1のA1−A2線断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating the optical device according to the first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the optical device according to the first embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG.

図1及び図2に示すように、本実施形態に係る光学装置110は、第1光学素子10と、第2光学素子20と、を含む。この例では、第3光学素子30が設けられている。第3光学素子30は、光学装置110に含まれても良く、光学装置110とは別に設けられても良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical device 110 according to the present embodiment includes a first optical element 10 and a second optical element 20. In this example, a third optical element 30 is provided. The third optical element 30 may be included in the optical device 110 or may be provided separately from the optical device 110.

光学装置110は、表示装置50と共に用いられる。例えば、表示装置50の上に、光学装置110が配置される。表示装置50と光学装置110とは、表示システム210に含まれる。   The optical device 110 is used together with the display device 50. For example, the optical device 110 is disposed on the display device 50. The display device 50 and the optical device 110 are included in the display system 210.

表示装置50は、例えば、携帯型の表示装置である。表示装置50として、携帯通信機器(携帯電話、スマートフォンなど)、または、携帯型のパーソナルコンピュータなどが用いられる。表示装置50は、外部からの映像情報を出力する表示装置単体を含む。実施形態において、表示装置50は任意である。
表示装置50は、表示面50aを有している。表示面50aから、表示映像を含む光(第1光L1)が出射する。
The display device 50 is, for example, a portable display device. As the display device 50, a mobile communication device (such as a mobile phone or a smartphone) or a portable personal computer is used. The display device 50 includes a single display device that outputs video information from the outside. In the embodiment, the display device 50 is optional.
The display device 50 has a display surface 50a. Light (first light L1) including a display image is emitted from the display surface 50a.

第1光学素子10は、例えば、表示装置50の表示面50aの上に配置される。   For example, the first optical element 10 is disposed on the display surface 50 a of the display device 50.

第1光学素子10は、第1面10aと、第2面10bと、を有する。第1面10aには、表示面50aから出射した第1光L1が入射する。第2面10bは、第1面10aとは異なる。第2面10bは、第1面10aとは反対側の面である。第1光L1は、第1面10aに入射し、第1光学素子10を通過して、第2面10bから出射する。第2面10bから出射する光を第2光L2とする。   The first optical element 10 has a first surface 10a and a second surface 10b. The first light L1 emitted from the display surface 50a is incident on the first surface 10a. The second surface 10b is different from the first surface 10a. The second surface 10b is a surface opposite to the first surface 10a. The first light L1 enters the first surface 10a, passes through the first optical element 10, and exits from the second surface 10b. The light emitted from the second surface 10b is referred to as second light L2.

第1光学素子10は、複数の透過部12と複数の非透過部11とを含む。複数の透過部12のそれぞれは、第1方向に沿って延在する。第1方向は、第1面10aに対して平行な方向である。複数の透過部12は、第2方向に並ぶ。第2方向は、第1面10aに対して平行で、第1方向に対して垂直である。   The first optical element 10 includes a plurality of transmission parts 12 and a plurality of non-transmission parts 11. Each of the plurality of transmission parts 12 extends along the first direction. The first direction is a direction parallel to the first surface 10a. The plurality of transmission parts 12 are arranged in the second direction. The second direction is parallel to the first surface 10a and perpendicular to the first direction.

第1方向をX軸方向とする。第2方向をY軸方向とする。X軸方向とY軸方向とに対して垂直な方向をZ軸方向とする。   The first direction is the X-axis direction. The second direction is the Y-axis direction. A direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is taken as a Z-axis direction.

複数の非透過部11のそれぞれは、複数の透過部12どうしの間に配置される。複数の非透過部11の光透過率は、複数の透過部12の光透過率よりも低い。   Each of the plurality of non-transmissive portions 11 is disposed between the plurality of transmissive portions 12. The light transmittance of the plurality of non-transmissive portions 11 is lower than the light transmittance of the plurality of transmissive portions 12.

透過部12は、例えば、開口部である。非透過部11は、例えば、遮光部である。第1光学素子10から出射する第2光L2の広がりは、第1方向(X軸方向)と第2方向(Y軸方向)とで異なる。第1光L1が第1光学素子10を通過することで、第2方向に沿った第2光L2の広がりは、第1方向に沿った第2光L2の広がりよりも狭くされる。第1光学素子10の構成及び特性の例については、後述する。   The transmission part 12 is, for example, an opening. The non-transmissive part 11 is, for example, a light shielding part. The spread of the second light L2 emitted from the first optical element 10 differs between the first direction (X-axis direction) and the second direction (Y-axis direction). As the first light L1 passes through the first optical element 10, the spread of the second light L2 along the second direction is made narrower than the spread of the second light L2 along the first direction. An example of the configuration and characteristics of the first optical element 10 will be described later.

第2光学素子20は、第1光学素子10の上に配置される。第2光学素子20には、第1光学素子10の第2面10bから出射する第2光L2が入射する。第2光学素子20は、第3面20aと第4面20bとを有する。第3面20aは、第2面10bに対向する。第3面20aは、例えば、X−Y平面に対して実質的に平行である。第3面20aには、第2光L2が入射する。第4面20bは、第3面20aとは異なる。第4面20bは、第3面20aとは反対側の面である。第3面20aに入射した光(第2光L2)は、第2光学素子20を通過して、第4面20bから出射する。第4面20bから出射するこの光を第3光L3とする。   The second optical element 20 is disposed on the first optical element 10. The second optical element 20 is incident with the second light L2 emitted from the second surface 10b of the first optical element 10. The second optical element 20 has a third surface 20a and a fourth surface 20b. The third surface 20a faces the second surface 10b. The third surface 20a is substantially parallel to the XY plane, for example. The second light L2 is incident on the third surface 20a. The fourth surface 20b is different from the third surface 20a. The fourth surface 20b is a surface opposite to the third surface 20a. The light (second light L2) incident on the third surface 20a passes through the second optical element 20 and exits from the fourth surface 20b. This light emitted from the fourth surface 20b is referred to as third light L3.

第2光学素子20は、第3光L3の光軸を、第2光L2の光軸に対して傾斜させる。傾斜の方向は、第2方向に対して垂直な平面内(X−Z平面内)である。   The second optical element 20 tilts the optical axis of the third light L3 with respect to the optical axis of the second light L2. The direction of inclination is in a plane perpendicular to the second direction (in the XZ plane).

例えば、第3光L3の光軸は、第2光L2の光軸に対して傾斜する(非平行である)。第3光L3の光軸と、第2光L2の光軸と、は、第2方向に対して垂直な平面(X−Z平面)に対して平行である。但し、この例における光軸は、各素子の中心を通る。   For example, the optical axis of the third light L3 is inclined (non-parallel) with respect to the optical axis of the second light L2. The optical axis of the third light L3 and the optical axis of the second light L2 are parallel to a plane (XZ plane) perpendicular to the second direction. However, the optical axis in this example passes through the center of each element.

第2光学素子20には、例えば、プリズムを用いることができる。第2光学素子20は、複数の凸状部21を含む。複数の凸状部21は、第3面20a及び第4面20bの少なくともいずれかに設けられる。複数の凸状部21は、プリズムを形成する。つまり、複数の凸状部21のそれぞれは、第1斜面21f1と第2斜面21f2とを含む。第1斜面21f1は、第1面10aに対して傾斜し第2方向に沿う。第2斜面21f2は、第1面10aに対して傾斜し第1斜面21f1と交差し第2方向に沿う。第1面10aと第1斜面21f1との間の角度θf1は、第1面10aと第2斜面21f2との間の角度θf2とは異なる。これにより、第2光学素子20において、光軸の方向を変えることができる。   For example, a prism can be used for the second optical element 20. The second optical element 20 includes a plurality of convex portions 21. The plurality of convex portions 21 are provided on at least one of the third surface 20a and the fourth surface 20b. The plurality of convex portions 21 form a prism. That is, each of the plurality of convex portions 21 includes the first slope 21f1 and the second slope 21f2. The first inclined surface 21f1 is inclined with respect to the first surface 10a and extends in the second direction. The second inclined surface 21f2 is inclined with respect to the first surface 10a, intersects the first inclined surface 21f1, and extends along the second direction. The angle θf1 between the first surface 10a and the first inclined surface 21f1 is different from the angle θf2 between the first surface 10a and the second inclined surface 21f2. Thereby, in the second optical element 20, the direction of the optical axis can be changed.

図3は、図1のA1−A2線断面の別の例を示す部分断面図である。
図3に示すように、第2光学素子20は、第1部分22と、第2部分23と、を含む。第1部分22は、第2光L2が入射する第3面22aと、第3面22aとは反対側の第4面22bと、を有する。第2部分23は、第4面22bに対向する第5面23aと、第5面23aとは反対側の第6面23bと、を有する。第1部分22は、第3面22a及び第4面22bの少なくともいずれかに設けられた複数の第1凸状部21aを含む。第2部分23は、第5面23a及び第6面23bの少なくともいずれかに設けられた複数の第2凸状部21bを含む。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing another example of a cross section taken along line A1-A2 of FIG.
As shown in FIG. 3, the second optical element 20 includes a first portion 22 and a second portion 23. The first portion 22 includes a third surface 22a on which the second light L2 is incident, and a fourth surface 22b opposite to the third surface 22a. The second portion 23 has a fifth surface 23a facing the fourth surface 22b and a sixth surface 23b opposite to the fifth surface 23a. The first portion 22 includes a plurality of first convex portions 21a provided on at least one of the third surface 22a and the fourth surface 22b. The second portion 23 includes a plurality of second convex portions 21b provided on at least one of the fifth surface 23a and the sixth surface 23b.

複数の第1凸状部21aは、プリズムを形成する。つまり、複数の第1凸状部21aのそれぞれは、図2の例と同様に、第1斜面21f1と第2斜面21f2とを含む。第1斜面21f1は、第1面10aに対して傾斜し第2方向に沿う。第2斜面21f2は、第1面10aに対して傾斜し第1斜面21f1と交差し第2方向に沿う。第1面10aと第1斜面21f1との間の角度θf1は、第1面10aと第2斜面21f2との間の角度θf2とは異なる。複数の第2凸状部21bは、フレネルレンズを形成する。つまり、複数の第2凸状部21bのそれぞれは、第3面22aに投影したときに円弧状である(後述の図8参照)。   The plurality of first convex portions 21a form a prism. That is, each of the plurality of first convex portions 21a includes the first slope 21f1 and the second slope 21f2 as in the example of FIG. The first inclined surface 21f1 is inclined with respect to the first surface 10a and extends in the second direction. The second inclined surface 21f2 is inclined with respect to the first surface 10a, intersects the first inclined surface 21f1, and extends along the second direction. The angle θf1 between the first surface 10a and the first inclined surface 21f1 is different from the angle θf2 between the first surface 10a and the second inclined surface 21f2. The plurality of second convex portions 21b form a Fresnel lens. That is, each of the plurality of second convex portions 21b has an arc shape when projected onto the third surface 22a (see FIG. 8 described later).

この場合、例えば、第2光学素子20を、第1光学素子10の第1方向と第2方向とを含む平面に投影したときに、その平面内の中心10cと、第2部分23(フレネルレンズ)の光学的中心20cとが重なるように配置してもよい。このように、第2光学素子20は、プリズムによる光軸の方向を変える機能に加え、さらに、フレネルレンズによる光を集光する機能を有してもよい。   In this case, for example, when the second optical element 20 is projected onto a plane including the first direction and the second direction of the first optical element 10, the center 10c in the plane and the second portion 23 (Fresnel lens). ) May overlap with the optical center 20c. Thus, in addition to the function of changing the direction of the optical axis by the prism, the second optical element 20 may further have a function of condensing light by the Fresnel lens.

なお、第1部分22と第2部分23とは、積層方向を逆にしてもよい。つまり、第2部分23が第1光学素子10の側に配置され、第2部分23の上に第1部分22を設けるようにしてもよい。   The first portion 22 and the second portion 23 may be reversed in the stacking direction. That is, the second portion 23 may be disposed on the first optical element 10 side, and the first portion 22 may be provided on the second portion 23.

第2光学素子20により傾斜した第3光L3が、第3光学素子30に入射し、第3光学素子30に反射して、観視者80に至る。観視者80は、表示装置50(表示システム210)を観視する。観視者80は、光学装置110の使用者である。第3光学素子30は、例えば、コンバイナである。   The third light L3 tilted by the second optical element 20 enters the third optical element 30, is reflected by the third optical element 30, and reaches the viewer 80. The viewer 80 views the display device 50 (display system 210). The viewer 80 is a user of the optical device 110. The third optical element 30 is, for example, a combiner.

すなわち、第2光学素子20は、第1面10aに対して傾斜して設けられる第3光学素子30に向けて、第3光L3を出射させる。   That is, the second optical element 20 emits the third light L3 toward the third optical element 30 provided to be inclined with respect to the first surface 10a.

第3光学素子30は、第7面30aと第8面30bとを有する。第8面30bは、第7面30aとは反対側の面である。   The third optical element 30 has a seventh surface 30a and an eighth surface 30b. The eighth surface 30b is a surface opposite to the seventh surface 30a.

第2光学素子20から出射した第3光L3は、第7面30aで反射する。第7面30aで反射した光を第4光L4とする。第4光L4が、観視者80に向けて進行する。すなわち、第3光L3は、第3光学素子30で反射して、観視者に入射する。   The third light L3 emitted from the second optical element 20 is reflected by the seventh surface 30a. The light reflected by the seventh surface 30a is referred to as fourth light L4. The fourth light L4 travels toward the viewer 80. That is, the third light L3 is reflected by the third optical element 30 and enters the viewer.

例えば、第7面30aで反射した第4光L4は、観視者80の片方の目81に入射する。第4光L4は、観視者80の他方の目には入射しない。   For example, the fourth light L <b> 4 reflected by the seventh surface 30 a is incident on one eye 81 of the viewer 80. The fourth light L4 does not enter the other eye of the viewer 80.

観視者80は、入射する第4光L4を片方の目81だけで視認し、他方の目では視認しない。一方の目だけで視認することで、奥行きの知覚が増強される。さらに、パララックスが生じないため、表示が見やすくなる。   The human viewer 80 visually recognizes the incident fourth light L4 with only one eye 81 and does not visually recognize with the other eye. Viewing with only one eye enhances the perception of depth. Furthermore, since no parallax occurs, the display is easy to see.

このように、第3光学素子30は、反射性である。第3光学素子30は、さらに光透過性でも良い。すなわち、第3光学素子30は、半透過性半反射でも良い。   Thus, the third optical element 30 is reflective. The third optical element 30 may be light transmissive. That is, the third optical element 30 may be semi-transmissive semi-reflective.

この場合、背景像を含む第5光L5は、第3光学素子30を通過する。例えば、第8面30bに入射する背景像を含む第5光L5は、第3光学素子30を通過して第7面30aから出射する。第7面30aから出射した第6光L6は、観視者80に向けて進行する。第6光L6は、観視者80の片方の目81と、他方の目と、の両方に入射する。   In this case, the fifth light L5 including the background image passes through the third optical element 30. For example, the fifth light L5 including the background image incident on the eighth surface 30b passes through the third optical element 30 and is emitted from the seventh surface 30a. The sixth light L6 emitted from the seventh surface 30a travels toward the viewer 80. The sixth light L6 is incident on both the one eye 81 and the other eye of the human viewer 80.

表示システム210においては、表示装置50から出射した表示像は、観視者80の片方の目81に入射し、他方の目には入射しない。一方、背景像は、観視者の両方の目に入射する。観視者80は、背景像と重畳して、表示像を観視する。背景像は、両方の目で観視されるため、奥行きを知覚させる。一方、背景像と重畳された表示像は、片方の目81だけ観視されるため、表示像は、重畳された背景像の奥行き位置に知覚され易い。すなわち、表示像において、奥行きに関する知覚が増強される。   In the display system 210, the display image emitted from the display device 50 enters one eye 81 of the viewer 80 and does not enter the other eye. On the other hand, the background image is incident on both eyes of the viewer. The viewer 80 views the display image superimposed on the background image. Since the background image is viewed by both eyes, the background image is perceived. On the other hand, since the display image superimposed on the background image is viewed only by one eye 81, the display image is easily perceived at the depth position of the superimposed background image. That is, the perception regarding depth is enhanced in the display image.

このように、実施形態においては、表示装置50を直接観視する通常の使用方法に加えて、表示装置50の新たな応用を可能にする。この新たな応用においては、表示像は、第3光学素子30で反射し、例えば、背景像と重畳させて知覚される。   Thus, in the embodiment, in addition to the normal usage method of directly viewing the display device 50, a new application of the display device 50 is enabled. In this new application, the display image is reflected by the third optical element 30 and perceived, for example, by being superimposed on the background image.

表示装置50は、観視者80から見て、実質的に水平に設置されることが望ましい。そして、表示装置50から出射した光を反射させるために、第3光学素子30は、水平面から傾斜して設置される。実施形態に係る光学装置110においては、第1光学素子10及び第2光学素子20は、このような表示装置50と第3光学素子30との間に配置される。   It is desirable that the display device 50 be installed substantially horizontally as viewed from the viewer 80. And in order to reflect the light radiate | emitted from the display apparatus 50, the 3rd optical element 30 is inclined and installed from a horizontal surface. In the optical device 110 according to the embodiment, the first optical element 10 and the second optical element 20 are disposed between the display device 50 and the third optical element 30.

第2光学素子20は、実質的に水平に配置される表示装置50からの光を、第3光学素子30に向けて入射させる。すなわち、光軸を傾斜させる。これにより、水平に配置される表示装置50からの光を第3光学素子30に入射させ、反射させて、観視者80に入射させることができる。   The second optical element 20 makes light from the display device 50 arranged substantially horizontally enter the third optical element 30. That is, the optical axis is inclined. Thereby, the light from the display device 50 arranged horizontally can be incident on the third optical element 30, reflected, and incident on the viewer 80.

さらに、実施形態においては、例えば、表示像を片方の目81のみで知覚させる。このために、観視者80に入射する光(第4光L4)の左右方向の広がりを小さくする。   Furthermore, in the embodiment, for example, the display image is perceived only by one eye 81. For this reason, the spread in the left-right direction of the light (fourth light L4) incident on the viewer 80 is reduced.

例えば、第1光学素子10には、複数の透過部12と複数の非透過部11とが設けられる。これにより、第1光学素子10は、表示装置50からの光(第1光L1)の広がりを制御して、左右方向(第2方向に対応)の広がりを小さくできる。これにより、観視者80に入射する光(第4光L4)の左右方向の広がりが狭くでき、その光は、観視者80の片方の目81だけに入射できる。   For example, the first optical element 10 is provided with a plurality of transmission parts 12 and a plurality of non-transmission parts 11. Thereby, the 1st optical element 10 can control the breadth of the light (1st light L1) from the display apparatus 50, and can make the breadth of the left-right direction (corresponding to a 2nd direction) small. As a result, the lateral spread of the light (fourth light L4) incident on the viewer 80 can be narrowed, and the light can enter only one eye 81 of the viewer 80.

このように、第1光学素子10は、光の広がりを制御して、光の広がりを狭くする。さらに、第2光学素子20は、集光の機能を有してもよい。すなわち、第2光学素子20においても、光の広がりが狭くされる。このように、第1光学素子10に加えて、第2光学素子20も用いて、光の広がりを狭くすることで、観視者80に入射する光(第4光L4)の左右方向の幅を狭くできる。   Thus, the first optical element 10 controls the spread of light to narrow the spread of light. Further, the second optical element 20 may have a condensing function. That is, also in the second optical element 20, the spread of light is narrowed. In this way, in addition to the first optical element 10, the second optical element 20 is also used to narrow the spread of the light, so that the width of the light (fourth light L4) incident on the viewer 80 in the left-right direction. Can be narrowed.

(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係る光学装置を例示する模式的斜視図である。
図5は、第2の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図5は、図4のB1−B2線断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic perspective view illustrating an optical device according to the second embodiment.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical device according to the second embodiment.
5 is a cross-sectional view taken along line B1-B2 of FIG.

図4及び図5に示すように、本実施形態に係る光学装置111は、第1光学素子10と、第2光学素子20と、を含む。この例では、第3光学素子30が設けられている。第3光学素子30は、光学装置111に含まれても良く、光学装置111とは別に設けられても良い。   As shown in FIGS. 4 and 5, the optical device 111 according to this embodiment includes a first optical element 10 and a second optical element 20. In this example, a third optical element 30 is provided. The third optical element 30 may be included in the optical device 111 or may be provided separately from the optical device 111.

光学装置111は、表示装置50と共に用いられる。例えば、表示装置50の上に、光学装置111が配置される。表示装置50と光学装置111とは、表示システム211に含まれる。   The optical device 111 is used together with the display device 50. For example, the optical device 111 is disposed on the display device 50. The display device 50 and the optical device 111 are included in the display system 211.

第2光学素子20には、例えば、フレネルレンズを用いることができる。これにより、集光機能が得られる。そして、フレネルレンズの光学的な中心を、第1光学素子10の中心からシフトさせることで、第2光学素子20において、光軸の方向を変えることができる。   For example, a Fresnel lens can be used for the second optical element 20. Thereby, a condensing function is obtained. The optical axis direction of the second optical element 20 can be changed by shifting the optical center of the Fresnel lens from the center of the first optical element 10.

図4及び図5に示すように、第2光学素子20は、複数の凸状部21を含む。複数の凸状部21は、第3面20a及び第4面20bの少なくともいずれかに設けられる。複数の凸状部21は、例えば、同心で設けられる。   As shown in FIGS. 4 and 5, the second optical element 20 includes a plurality of convex portions 21. The plurality of convex portions 21 are provided on at least one of the third surface 20a and the fourth surface 20b. The plurality of convex portions 21 are provided concentrically, for example.

第3面20a(例えばX−Y平面)に投影したときに、複数の凸状部21のそれぞれは円弧状である。複数の凸状部21は、フレネルレンズを形成する。   When projected onto the third surface 20a (for example, the XY plane), each of the plurality of convex portions 21 has an arc shape. The plurality of convex portions 21 form a Fresnel lens.

図5に示すように、第2光学素子20は、光学的中心20cを有する。光学的中心20cは、第1光学素子10の中心10cからシフトしている。シフトの方向は、第1方向(X軸方向)に沿っている。   As shown in FIG. 5, the second optical element 20 has an optical center 20c. The optical center 20 c is shifted from the center 10 c of the first optical element 10. The direction of the shift is along the first direction (X-axis direction).

第1光学素子10の中心10cは、第1光学素子10の、X−Y平面(第1方向と第2方向とを含む平面)内の中心である。第2光学素子20の光学的中心20cは、第1光学素子10の中心10cから、第1方向において離間している。   The center 10c of the first optical element 10 is the center of the first optical element 10 in the XY plane (a plane including the first direction and the second direction). The optical center 20c of the second optical element 20 is separated from the center 10c of the first optical element 10 in the first direction.

これにより、第2光学素子20から出射する第3光L3の光軸が、第2光L2に対して傾斜し、第3光L3が第3光学素子30に入射できる。   Thereby, the optical axis of the third light L3 emitted from the second optical element 20 is inclined with respect to the second light L2, and the third light L3 can enter the third optical element 30.

図5に例示したように、第2光学素子20の光学的中心20cは、第2光学素子20の中に設けられていなくでも良い。光学的中心20cは、第2光学素子20から離れた空間内に位置しても良い。光学的中心20cは、例えば、第2光学素子20に平行光を入射させて、焦点を結ぶ位置から推定することができる。   As illustrated in FIG. 5, the optical center 20 c of the second optical element 20 may not be provided in the second optical element 20. The optical center 20 c may be located in a space away from the second optical element 20. The optical center 20c can be estimated from, for example, a position where parallel light is incident on the second optical element 20 to be focused.

例えば、第3光学素子30は、下側部分30lと上側部分30uとを含む。上側部分30uと第1光学素子10との間の距離は、下側部分30lと第1光学素子10との間の距離よりも長い。このとき、第2光学素子20の光学的中心20cのシフトの方向は、第3光学素子30の上側部分30uから下側部分30lに向かう方向に対応する。すなわち、第2光学素子20の光学的中心20cと上側部分30uとの間の第1方向に沿った距離Duは、第2光学素子20の光学的中心20cと下側部分30lとの間の第1方向に沿った距離Dlよりも長い。   For example, the third optical element 30 includes a lower portion 30l and an upper portion 30u. The distance between the upper portion 30u and the first optical element 10 is longer than the distance between the lower portion 30l and the first optical element 10. At this time, the direction of shift of the optical center 20c of the second optical element 20 corresponds to the direction from the upper part 30u of the third optical element 30 toward the lower part 30l. That is, the distance Du along the first direction between the optical center 20c of the second optical element 20 and the upper portion 30u is the first distance between the optical center 20c of the second optical element 20 and the lower portion 30l. It is longer than the distance Dl along one direction.

例えば、第2光学素子20と第3光学素子30との間における第3光L3の進行方向を第1面10a(X−Y平面)に投影した方向の向きは、上側部分30uから下側部分30lに向かう方向を第1面10aに投影した方向の向きと同じである。   For example, the direction of the direction in which the traveling direction of the third light L3 between the second optical element 20 and the third optical element 30 is projected on the first surface 10a (XY plane) is from the upper part 30u to the lower part. The direction toward 30l is the same as the direction of the direction projected on the first surface 10a.

図6は、第2の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図6に示すように、表示装置50から出射した第1光L1は、Z軸方向に沿う成分を有する。第1光L1が第1光学素子10に入射し、第2光L2が第1光学素子10から出射する。第1光L1のうちのZ軸方向に沿う成分の方向は、第1光学素子20を通過しても変わらない。第2光L2が、第2光学素子20に入射して、第3光L3が第2光学素子20から出射する。第3光L3は、Z軸に対して傾斜する。図6に描かれた3つの光線が、第3光学素子30で方向が変えられ、そして、例えば、集光されて、第4光L4として、観視者80に入射する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the first light L1 emitted from the display device 50 has a component along the Z-axis direction. The first light L1 enters the first optical element 10, and the second light L2 exits from the first optical element 10. The direction of the component along the Z-axis direction of the first light L1 does not change even when it passes through the first optical element 20. The second light L2 enters the second optical element 20, and the third light L3 exits from the second optical element 20. The third light L3 is inclined with respect to the Z axis. The three light beams depicted in FIG. 6 are changed in direction by the third optical element 30, and are collected, for example, and enter the viewer 80 as the fourth light L4.

図7は、第2の実施形態に係る光学装置を例示する模式的平面図である。
図7は、第1光学素子10を例示している。
図7に示すように、複数の透過部12と複数の非透過部11とが設けられる。複数の透過部12のそれぞれには、例えば、透明な樹脂、及び、透明なガラスの少なくともいずれかが用いられる。複数の非透過部11のそれぞれには、例えば、金属膜が用いられる。
FIG. 7 is a schematic plan view illustrating an optical device according to the second embodiment.
FIG. 7 illustrates the first optical element 10.
As shown in FIG. 7, a plurality of transmission parts 12 and a plurality of non-transmission parts 11 are provided. For example, at least one of transparent resin and transparent glass is used for each of the plurality of transmission portions 12. For example, a metal film is used for each of the plurality of non-transmissive portions 11.

複数の非透過部11のそれぞれの第2方向(Y軸方向)に沿った幅w11は、例えば、50マイクロメートル(μm)以上500μm以下である。複数の透過部12のそれぞれの第2方向に沿った幅w12は、例えば、50μm以上500μm以下である。幅w11が過度に狭いと、例えば、製造が困難となる。幅w11が過度に広いと、例えば、透過光の遮蔽の程度が大きくなり、輝度が不足し、観視時の表示機能が著しく低減する。幅w12が過度に狭いと、例えば、幅w11が透過光の遮蔽の程度が大きくなり、輝度が不足する。幅w12が過度に広いと、例えば、視域(観視領域)を所望のように限定することが困難になる。その結果、単眼視による観視が困難となる。   The width w11 along the second direction (Y-axis direction) of each of the plurality of non-transmissive portions 11 is, for example, not less than 50 micrometers (μm) and not more than 500 μm. The width w12 along the second direction of each of the plurality of transmission parts 12 is, for example, not less than 50 μm and not more than 500 μm. If the width w11 is excessively narrow, for example, manufacturing becomes difficult. When the width w11 is excessively wide, for example, the degree of shielding of transmitted light is increased, the luminance is insufficient, and the display function during viewing is significantly reduced. If the width w12 is excessively narrow, for example, the width w11 increases the degree of shielding of transmitted light, resulting in insufficient luminance. If the width w12 is excessively wide, for example, it becomes difficult to limit the viewing area (viewing area) as desired. As a result, viewing with monocular vision becomes difficult.

複数の透過部12のそれぞれの第2方向に沿った幅w12の、複数の透過部12のピッチLpに対する比(w12/Lp)は、0.4以上0.8以下であることが好ましい。比(w12/Lp)は、開口率に対応する。比(w12/Lp)が過度に低いと、例えば、輝度が不足する。比(w12/Lp)が過度に高いと、例えば、製造が困難となる。   The ratio (w12 / Lp) of the width w12 along the second direction of each of the plurality of transmission parts 12 to the pitch Lp of the plurality of transmission parts 12 is preferably 0.4 or more and 0.8 or less. The ratio (w12 / Lp) corresponds to the aperture ratio. When the ratio (w12 / Lp) is excessively low, for example, the luminance is insufficient. If the ratio (w12 / Lp) is excessively high, for example, manufacturing becomes difficult.

複数の透過部12のピッチLpは、複数の非透過部11のピッチと同じである。複数の透過部12のピッチLpは、例えば、50μm以上500μm以下である。ピッチLpが、過度に小さいと、例えば、製造が困難となる。ピッチLpが過度に大きいと、例えば、解像度が不足する。   The pitch Lp of the plurality of transmission parts 12 is the same as the pitch of the plurality of non-transmission parts 11. The pitch Lp of the plurality of transmission parts 12 is, for example, not less than 50 μm and not more than 500 μm. If the pitch Lp is excessively small, for example, manufacturing becomes difficult. If the pitch Lp is excessively large, for example, the resolution is insufficient.

図8は、第2の実施形態に係る光学装置を例示する模式的平面図である。
図8は、第2光学素子20を例示している。
図8に示すように、第2光学素子20において、複数の凸状部21は、弧状(円弧状)の部分を有する。すなわち、複数の凸状部21の少なくともいずれかは、弧21c(円弧)を含む。複数の凸状部21は、例えば、同心で設けられる。同心円の中心が、第2光学素子20の光学的中心20cに対応する。
FIG. 8 is a schematic plan view illustrating an optical device according to the second embodiment.
FIG. 8 illustrates the second optical element 20.
As shown in FIG. 8, in the 2nd optical element 20, the some convex-shaped part 21 has an arc-shaped (arc-shaped) part. That is, at least one of the plurality of convex portions 21 includes an arc 21c (arc). The plurality of convex portions 21 are provided concentrically, for example. The center of the concentric circle corresponds to the optical center 20 c of the second optical element 20.

複数の凸状部21のピッチCpは、例えば、100μm以上1000μm以下である。ピッチCpが、過度に小さいと、例えば、回折光が両方の目に入射し、所望の観視領域が形成できない。例えば、単眼視が得られない。ピッチCpが過度に大きいと、例えば、解像度が不足する。   The pitch Cp of the plurality of convex portions 21 is, for example, 100 μm or more and 1000 μm or less. If the pitch Cp is excessively small, for example, diffracted light enters both eyes and a desired viewing area cannot be formed. For example, monocular vision cannot be obtained. If the pitch Cp is excessively large, for example, the resolution is insufficient.

図9(a)及び図9(b)は、第2の実施形態に係る光学装置の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、第1光学素子10から出射する第2光L2の広がりを例示している。図9(a)は、Y軸方向の光の広がりを示し、横軸は、Y軸方向における角度である。図9(b)は、X軸方向の光の広がりを示し、横軸は、X軸方向における角度である。縦軸は、光の相対的な強度Intである。角度は、Z軸方向を基準とした角度である。
FIG. 9A and FIG. 9B are graphs illustrating characteristics of the optical device according to the second embodiment.
These drawings illustrate the spread of the second light L2 emitted from the first optical element 10. FIG. 9A shows the spread of light in the Y-axis direction, and the horizontal axis is the angle in the Y-axis direction. FIG. 9B shows the spread of light in the X-axis direction, and the horizontal axis is the angle in the X-axis direction. The vertical axis represents the relative intensity Int of light. The angle is an angle based on the Z-axis direction.

図9(a)に示すように、Y軸方向において光の広がりが狭い。図9(b)に示すように、X軸方向において光の広がりは広い。第2光L2の第1方向(X軸方向)における半値全幅の角度を第1角度αxとする。第2光L2の第2方向(Y軸方向)における半値全幅の角度を第2角度αyとする。第1角度αxは、第2角度αyよりも大きい。すなわち、第2角度αyは、第1角度αxよりも小さい。半値全幅の角度は、光の強度が、光の最高の強度の1/2となる角度に対応する。   As shown in FIG. 9A, the spread of light is narrow in the Y-axis direction. As shown in FIG. 9B, the spread of light is wide in the X-axis direction. The angle of the full width at half maximum in the first direction (X-axis direction) of the second light L2 is defined as a first angle αx. The angle of the full width at half maximum in the second direction (Y-axis direction) of the second light L2 is defined as a second angle αy. The first angle αx is larger than the second angle αy. That is, the second angle αy is smaller than the first angle αx. The full width at half maximum corresponds to the angle at which the light intensity is ½ of the maximum light intensity.

第2角度αyは、例えば、5度以下であることが好ましい。これにより、例えば、光の広がりが抑制され、観視者80の片方の目81に光が入射できる。第2角度αyは、3度以下であることがさらに好ましい。これにより、観視者80の位置が移動した場合でも、片方の目81に光が入射する状態を維持し易くなる。   For example, the second angle αy is preferably 5 degrees or less. Thereby, for example, the spread of light is suppressed, and light can be incident on one eye 81 of the viewer 80. More preferably, the second angle αy is 3 degrees or less. Thereby, even when the position of the human viewer 80 moves, it is easy to maintain a state in which light is incident on one eye 81.

このような第1光学素子10の特性は、例えば、以下の構成などにより得られる。   Such characteristics of the first optical element 10 are obtained by the following configuration, for example.

図10(a)及び図10(b)は、第2の実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。
図10(a)は、第1光学素子10を拡大して示す模式的平面図である。
図10(b)は、模式的断面図である。
図10(a)に示すように、第1光学素子10において、枠部13が設けられる。枠部13は、第1光学素子10の周縁となる。枠部13に複数の非透過部11が接続される。非透過部11は、X軸方向に延在する。この例では、非透過部11には、金属膜が用いられる。非透過部11どうしの間が、透過部12となる。透過部12は、間隙である。透過部12は、空気の層である。
FIG. 10A and FIG. 10B are schematic views illustrating the optical device according to the second embodiment.
FIG. 10A is a schematic plan view showing the first optical element 10 in an enlarged manner.
FIG. 10B is a schematic cross-sectional view.
As shown in FIG. 10A, a frame portion 13 is provided in the first optical element 10. The frame portion 13 becomes the periphery of the first optical element 10. A plurality of non-transmissive portions 11 are connected to the frame portion 13. The non-transmissive part 11 extends in the X-axis direction. In this example, a metal film is used for the non-transmissive portion 11. A space between the non-transmissive portions 11 is a transmissive portion 12. The transmission part 12 is a gap. The transmission part 12 is an air layer.

非透過部11のX軸方向の2つの端が、枠部13に接続されている。非透過部11の幅w11に比べて、非透過部11のX軸方向の長さが長いとき、非透過部11が撓み易い。この例では、非透過部11の2つの端の間に接続部14が設けられている。接続部14は、Y軸方向に延在し、複数の非透過部11と接続されている。   Two ends of the non-transmissive portion 11 in the X-axis direction are connected to the frame portion 13. When the length of the non-transmissive portion 11 in the X-axis direction is longer than the width w11 of the non-transmissive portion 11, the non-transmissive portion 11 is easily bent. In this example, the connection portion 14 is provided between the two ends of the non-transmissive portion 11. The connection part 14 extends in the Y-axis direction and is connected to the plurality of non-transmissive parts 11.

例えば、非透過部11の幅w11(Y軸方向の長さ)は、約100μmである。透過部12の幅w12(Y軸方向の長さ)は、例えば、約303μmである。複数の透過部12のピッチLp(複数の非透過部11のピッチ)は、約403μmである。接続部14の幅(X軸方向の幅)は、約100μmである。複数の接続部14が設けられても良い。複数の接続部14は、X軸方向に並ぶ。   For example, the width w11 (the length in the Y-axis direction) of the non-transmissive portion 11 is about 100 μm. The width w12 (the length in the Y-axis direction) of the transmission part 12 is, for example, about 303 μm. The pitch Lp of the plurality of transmission parts 12 (the pitch of the plurality of non-transmission parts 11) is about 403 μm. The width of the connecting portion 14 (width in the X-axis direction) is about 100 μm. A plurality of connection portions 14 may be provided. The plurality of connecting portions 14 are arranged in the X-axis direction.

非透過部11の長さ(X軸方向の長さ)は、例えば、約60mmである、第1光学素子のX軸方向の長さは、例えば、約70mmである。第1光学素子10のY軸方向の長さは、例えば、約110mmである。   The length of the non-transmissive portion 11 (the length in the X-axis direction) is, for example, about 60 mm. The length of the first optical element in the X-axis direction is, for example, about 70 mm. The length of the first optical element 10 in the Y-axis direction is, for example, about 110 mm.

図10(b)に例示するように、非透過部11の厚さt11(Z軸方向の長さ)は、約6mmである。上記の各値は、例であり、実施形態において、種々の変形が可能である。   As illustrated in FIG. 10B, the thickness t11 (length in the Z-axis direction) of the non-transmissive portion 11 is about 6 mm. Each of the above values is an example, and various modifications can be made in the embodiment.

透過部12の厚さは、非透過部11の厚さt11と実質的に同じである。この例では、透過部12のアスペクト比は、実質的に、t11/w12であり、この例では、20である。このような高いアスペクト比の透過部12を設けることで、Y軸方向の光の広がりを小さくすることができる。この例では、第2方向(Y軸方向)における光の広がりの角度(半値全幅の第2角度αy)は、約3度である。   The thickness of the transmission part 12 is substantially the same as the thickness t11 of the non-transmission part 11. In this example, the aspect ratio of the transmission part 12 is substantially t11 / w12, and in this example, it is 20. Providing such a high aspect ratio transmission portion 12 can reduce the spread of light in the Y-axis direction. In this example, the angle of light spread in the second direction (Y-axis direction) (second angle αy of full width at half maximum) is about 3 degrees.

実施形態において、透過部12の第2方向(Y軸方向)に沿った幅w12の、非透過部11の厚さt11(Z軸方向の長さ)に対する比(アスペクト比)は、10以上であることが好ましい。これにより、第2角度αyを小さくでき、目的とする視域が得られる。   In the embodiment, the ratio (aspect ratio) of the width w12 along the second direction (Y-axis direction) of the transmissive portion 12 to the thickness t11 (length in the Z-axis direction) of the non-transmissive portion 11 is 10 or more. Preferably there is. As a result, the second angle αy can be reduced, and the intended viewing zone can be obtained.

アスペクト比により、光の広がりの角度(拡散角)が変化する。アスペクト比により、所定の観視位置における観視領域(観視者80に入射する光の幅)が決まる。アスペクト比は、観視位置に応じて定めても良い。例えば、観視位置と第1光学素子10との間の距離(観視距離)が約100cm程度であり、観視領域の幅(左右幅)が5cmの場合には、アスペクト比は、100cm/5cmであり、20となる。観視距離がより短い場合には、アスペクト比をより小さくしても良い。   The angle of light spread (diffusion angle) varies depending on the aspect ratio. The viewing area (the width of light incident on the viewer 80) at a predetermined viewing position is determined by the aspect ratio. The aspect ratio may be determined according to the viewing position. For example, when the distance (viewing distance) between the viewing position and the first optical element 10 is about 100 cm, and the width of the viewing area (left-right width) is 5 cm, the aspect ratio is 100 cm / 5 cm and 20 If the viewing distance is shorter, the aspect ratio may be made smaller.

一方、アスペクト比が過度に低い場合には、観視距離が過度に短くなる。観視距離が過度に短くなると、単眼視による奥行き知覚の増強効果を得ることが困難になる。例えば、観視距離が、21.7cm以上、さらに好ましくは35.5cm、さらに好ましくは63.4cm以上とすることで、単眼視による奥行き知覚の増強効果が効果的に得られる。観視距離は例えば約50cm以上とすることが好ましい。このとき、光が一方の目だけに入射するように観視領域の幅を5cmとすると、アスペクト比は、10となる。   On the other hand, when the aspect ratio is excessively low, the viewing distance becomes excessively short. If the viewing distance is excessively short, it is difficult to obtain an effect of enhancing depth perception by monocular vision. For example, when the viewing distance is 21.7 cm or more, more preferably 35.5 cm, and even more preferably 63.4 cm or more, the effect of enhancing depth perception by monocular vision can be effectively obtained. The viewing distance is preferably about 50 cm or more, for example. At this time, if the width of the viewing area is 5 cm so that light is incident on only one eye, the aspect ratio is 10.

アスペクト比は、80未満が好ましい。過度にアスペクト比が高いと、単眼による観視領域の幅と瞳孔径との差が小さくなり、遮光領域が瞳孔と重なる場合が生じる。このため、表示が暗くなる。さらに製造が困難になる。   The aspect ratio is preferably less than 80. If the aspect ratio is excessively high, the difference between the width of the viewing area of the monocular and the pupil diameter becomes small, and the light shielding area may overlap the pupil. For this reason, the display becomes dark. Further, the manufacturing becomes difficult.

この例の第1光学素子10は、例えば金属板に透過部12に対応する開口部をエッチングなどにより設け、複数のこのような金属板を積層することで形成することができる。金属板の部分は、非透過部11になる。開口部が、透過部12となる。必要に応じて、金属板の表面に光吸収性の膜を形成しても良い。   The first optical element 10 of this example can be formed, for example, by providing an opening corresponding to the transmission portion 12 in a metal plate by etching and laminating a plurality of such metal plates. The portion of the metal plate becomes the non-transmissive portion 11. The opening becomes the transmission part 12. If necessary, a light absorbing film may be formed on the surface of the metal plate.

この例では、透過部12は空隙であり、空気層であるが、実施形態において、透過部12として、光透過性の樹脂層などが用いても良い。透過部12が空気層である場合は、光吸収が抑制できるので好ましい。   In this example, the transmission part 12 is a gap and is an air layer. However, in the embodiment, a light-transmitting resin layer or the like may be used as the transmission part 12. When the transmission part 12 is an air layer, since light absorption can be suppressed, it is preferable.

第1光学素子10は、厚い金属板に開口部を形成することでも得られる。第1光学素子10は、例えば、射出成型により形成しても良い。実施形態において、第1光学素子10の形成方法は任意である。
第1光学素子10は、例えば、電気鋳造により、形成しても良い。第1光学素子10は、金属板をレーザーにより加工してスリットを形成することで形成しても良い。第1光学素子10には、例えば、黒色で硬度の高い材料が用いられる。第1光学素子10には、黒色の塗装が施されても良い。
The first optical element 10 can also be obtained by forming an opening in a thick metal plate. For example, the first optical element 10 may be formed by injection molding. In the embodiment, the method of forming the first optical element 10 is arbitrary.
The first optical element 10 may be formed by electroforming, for example. The first optical element 10 may be formed by processing a metal plate with a laser to form a slit. For the first optical element 10, for example, a black material having high hardness is used. The first optical element 10 may be painted black.

(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図11に示すように、本実施形態に係る光学装置112及び表示システム212においても、第1光学素子10及び第2光学素子20が設けられる。第3光学素子30は、光学装置112に含まれても良く、光学装置112とは別に設けられても良い。本実施形態においては、第3光学素子30は、光学的パワーを有する。これ以外は、第2の実施形態と同様とすることができるので、説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical device according to the third embodiment.
As shown in FIG. 11, the first optical element 10 and the second optical element 20 are also provided in the optical device 112 and the display system 212 according to the present embodiment. The third optical element 30 may be included in the optical device 112 or may be provided separately from the optical device 112. In the present embodiment, the third optical element 30 has optical power. Except this, it can be the same as that of the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

第3光学素子30の第7面30aは、例えば、凹面状である。例えば、第3光学素子30は、集光性を有する。第3光学素子30がパワーを有することで、第3光学素子30で反射した第4光L4が集光される。観視者80は、集光された第4光L4を観視する。第4光L4に含まれる表示像は、拡大されて、観視される。   The seventh surface 30a of the third optical element 30 is, for example, concave. For example, the third optical element 30 has a light collecting property. Since the third optical element 30 has power, the fourth light L4 reflected by the third optical element 30 is collected. The human viewer 80 views the condensed fourth light L4. The display image included in the fourth light L4 is enlarged and viewed.

図12は、第3の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図12に示すように、第3光L3は、第3光学素子30で反射して、第4光L4となる。第4光L4により形成される虚像L4aを、観視者80は観視する。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical device according to the third embodiment.
As shown in FIG. 12, the third light L3 is reflected by the third optical element 30 and becomes the fourth light L4. The viewer 80 views the virtual image L4a formed by the fourth light L4.

第3光学素子30がパワーを有する場合、例えば、第2光学素子20の集光特性(パワー)は、第3光学素子30のパワーに適合して設計される。   When the third optical element 30 has power, for example, the condensing characteristic (power) of the second optical element 20 is designed in conformity with the power of the third optical element 30.

(第4の実施形態)
図13は、第4の実施形態に係る光学装置を例示する模式的斜視図である。
図13に示すように、本実施形態に係る光学装置113及び表示システム213においては、保持部60がさらに設けられる。これ以外は、第2、第3の実施形態と同様にすることができるので、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic perspective view illustrating an optical device according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 13, in the optical device 113 and the display system 213 according to the present embodiment, a holding unit 60 is further provided. Other than this, since it can be the same as in the second and third embodiments, the description is omitted.

保持部60は、第1光学素子10及び第2光学素子20と接続される。保持部60は、第1光学素子10及び第2光学素子20とを一体に保持する。保持部60は、例えば、側面部61と、突起部62と、結合部64と、を含む。側面部61は、第1光学素子10の側面及び第2光学素子20の側面と対向する。突起部62により第1光学素子10の底部が保持される。結合部64は、側面部61につながっている。結合部64は、第3光学素子30と結合される。結合部64により、第3光学素子30は、第1光学素子10に倒して傾斜して保持される。   The holding unit 60 is connected to the first optical element 10 and the second optical element 20. The holding unit 60 integrally holds the first optical element 10 and the second optical element 20. The holding part 60 includes, for example, a side part 61, a protruding part 62, and a coupling part 64. The side surface portion 61 faces the side surface of the first optical element 10 and the side surface of the second optical element 20. The bottom of the first optical element 10 is held by the protrusion 62. The coupling portion 64 is connected to the side surface portion 61. The coupling unit 64 is coupled with the third optical element 30. The third optical element 30 is tilted and held on the first optical element 10 by the coupling portion 64.

保持部60において、2つの側面部61が設けられている。2つの側面部61は、Y軸方向において、互いに離間している。2つの側面部61のそれぞれに、突起部62が設けられている。2つの側面部61の間で、第1光学素子10の下部に空間63が設けられている。この空間63に、表示装置50が挿入される。表示装置50は、空間63内に配置される状態と、空間63から取り出された状態と、を有することができる。   In the holding part 60, two side parts 61 are provided. The two side surfaces 61 are separated from each other in the Y-axis direction. A protrusion 62 is provided on each of the two side surfaces 61. A space 63 is provided below the first optical element 10 between the two side surface portions 61. The display device 50 is inserted into the space 63. The display device 50 can have a state of being disposed in the space 63 and a state of being taken out of the space 63.

保持部60は、第1光学素子10及び第2光学素子20の少なくともいずれかと、表示装置50と、の間の空間的配置を規定する。例えば、2つの側面部61と2つの突起部62により、第1光学素子10及び第2光学素子20の位置が規定される。2つの側面部61により、表示装置50の位置が規定される。保持部60は、表示装置50を着脱可能に、保持する。   The holding unit 60 defines a spatial arrangement between at least one of the first optical element 10 and the second optical element 20 and the display device 50. For example, the positions of the first optical element 10 and the second optical element 20 are defined by the two side surfaces 61 and the two protrusions 62. The position of the display device 50 is defined by the two side surfaces 61. The holding unit 60 holds the display device 50 in a detachable manner.

以下、実施形態に係る光学装置の使用状態の例について説明する。以下では、光学装置111の例について説明する。上記の実施形態に係る任意の光学装置及びその変形に、以下の説明が適用できる
図14は、実施形態に係る光学装置の使用状態を例示する模式的断面図である。
図14に示すように、実施形態に係る光学装置111は、移動体720に搭載されて使用できる。移動体720は、車両、列車、船舶及び航空機などであり、任意である。移動体720に観視者80が搭乗する。移動体720は、操作台721(ダッシュボードなど)を有する。操作台721の上に、表示装置50が配置され、その上に第1光学素子10及び第2光学素子20が配置される。
Hereinafter, examples of usage states of the optical device according to the embodiment will be described. Hereinafter, an example of the optical device 111 will be described. The following description can be applied to any optical device according to the above-described embodiment and modifications thereof. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the use state of the optical device according to the embodiment.
As shown in FIG. 14, the optical device 111 according to the embodiment can be mounted on a moving body 720 and used. The moving body 720 is a vehicle, a train, a ship, an aircraft, etc., and is arbitrary. A viewer 80 gets on the moving body 720. The moving body 720 includes an operation console 721 (such as a dashboard). The display device 50 is disposed on the operation table 721, and the first optical element 10 and the second optical element 20 are disposed thereon.

第3光学素子30で反射した第4光L4の広がりは制限されている。第4光L4の光束が、可視領域VAを形成する。観視者80の左右の目(瞳)の間の距離は、例えば、60mm以上75mm以下であり、例えば約65mmである。可視領域VAの左右方向の幅は、例えば、75mm以下であり、例えば65mm以下である。すなわち、観視者80の目81の位置において、第4光L4の左右方向の幅は、75mm以下であり、例えば65mm以下である。観視者80の片方の目81に第4光L4が入射し、他方の目には入射しない状態が形成される。観視者80は、第4光L4による虚像L4aを片方の目81で観視する。   The spread of the fourth light L4 reflected by the third optical element 30 is limited. The light beam of the fourth light L4 forms the visible region VA. The distance between the left and right eyes (pupils) of the viewer 80 is, for example, not less than 60 mm and not more than 75 mm, for example, about 65 mm. The width in the left-right direction of the visible area VA is, for example, 75 mm or less, for example, 65 mm or less. That is, at the position of the eye 81 of the viewer 80, the width of the fourth light L4 in the left-right direction is 75 mm or less, for example, 65 mm or less. A state is formed in which the fourth light L4 is incident on one eye 81 of the viewer 80 and is not incident on the other eye. The human viewer 80 views the virtual image L4a generated by the fourth light L4 with one eye 81.

背景像を含む第5光L5は、第3光学素子30を通過して、第6光L6として、観視者80の両方の目に入射する。背景像は、移動体720(車両など)の前方の道の像などを含む。表示像は、例えば、ナビゲーションなどのための矢印などの図形及び文字などを含む。表示像が背景像に重畳され、片方の目81で知覚されることで、表示像の奥行き位置が増強されて知覚される。   The fifth light L5 including the background image passes through the third optical element 30 and enters the eyes of both the viewers 80 as the sixth light L6. The background image includes an image of a road ahead of the moving body 720 (such as a vehicle). The display image includes, for example, graphics such as arrows for navigation and characters and characters. The display image is superimposed on the background image and perceived by one eye 81, so that the depth position of the display image is enhanced and perceived.

実施形態によれば、例えば、携帯型の表示装置50(例えばスマートフォンなど)を、車両内に持ち込み、例えば、ナビゲーション装置として用いることができる。表示装置50は、操作台721の上に配置され、例えば、実質的に水平に配置される。第3光学素子30を介して背景像を観視するために、第3光学素子30は、垂直または傾斜して配置される。実質的に水平に配置された表示装置50からの光を、第3光学素子30に入射させるように、第2光学素子20が用いられる。そして、観視者80の片方の目81に光を入射させるように、光の広がりを制限する第1光学素子10が用いられる。さらに、第2光学素子20が集光性を有することで、光の広がりがさらに制御される。なお、表示装置50は、厳密な水平に設置されなくても良い。
第2光学素子20においては、光軸を傾斜させる。これにより、第3光学素子30における入射角を小さくできる。例えば、第3光学素子30が凹面形状のコンバイナ(凹面フレネルミラーも含む)の場合に、入射角が大きくなると像が歪む。第2光学素子20において光軸を傾斜させることで、第3光学素子30における入射角を小さくし、第3光学素子30を垂直な状態に近づけることができる。第3光学素子30が平面状のコンバイナにおいて入射角を小さくすることで、コンバイナのサイズを小さくできる。
According to the embodiment, for example, a portable display device 50 (for example, a smartphone) can be brought into the vehicle and used as, for example, a navigation device. The display device 50 is disposed on the operation console 721, and is disposed substantially horizontally, for example. In order to view the background image through the third optical element 30, the third optical element 30 is arranged vertically or inclined. The second optical element 20 is used so that light from the display device 50 arranged substantially horizontally enters the third optical element 30. And the 1st optical element 10 which restrict | limits the breadth of light is used so that light may inject into the one eye 81 of the human viewer 80. FIG. Furthermore, since the second optical element 20 has a light condensing property, the spread of light is further controlled. Note that the display device 50 does not have to be installed in a strictly horizontal manner.
In the second optical element 20, the optical axis is inclined. Thereby, the incident angle in the 3rd optical element 30 can be made small. For example, when the third optical element 30 is a concave combiner (including a concave Fresnel mirror), the image is distorted as the incident angle increases. By tilting the optical axis in the second optical element 20, the incident angle in the third optical element 30 can be reduced, and the third optical element 30 can be brought close to a vertical state. The third optical element 30 can reduce the size of the combiner by reducing the incident angle in the planar combiner.

実施形態によれば、表示装置の新たな応用を可能にする光学装置が提供できる。   According to the embodiment, an optical device that enables a new application of the display device can be provided.

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。   In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strictly vertical and strictly parallel, but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. It ’s fine.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光学装置に含まれる第1光学素子、第2光学素子、第3光学素子及び保持部、並びに、表示装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, the specific configuration of each element such as the first optical element, the second optical element, the third optical element and the holding unit, and the display device included in the optical device is appropriately selected by those skilled in the art from a known range. By doing so, the present invention is included in the scope of the present invention as long as the same effects can be obtained and similar effects can be obtained.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。   Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した光学装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光学装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all optical devices that can be implemented by those skilled in the art based on the above-described optical device as an embodiment of the present invention are also within the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention. .

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…第1光学素子、 10a…第1面、 10b…第2面、 10c…中心、 11…非透過部、 12…透過部、 13…枠部、 14…接続部、 20…第2光学素子、 20a、22a…第3面、 20b、22b…第4面、 20c…光学的中心、 21…凸状部、 21a…第1凸状部、 21b…第2凸状部、 21c…弧、 21f1…第1斜面、 21f2…第2斜面、 22…第1部分、 23…第2部分、 23a…第5面、 23b…第6面、 30…第3光学素子、 30a…第7面、 30b…第8面、 30l…下側部分、 30u…上側部分、 50…表示装置、 50a…表示面、 60…保持部、 61…側面部、 62…突起部、 63…空間、 64…結合部、 80…観視者、 81…目、 αx…第1角度、 αy…第2角度、 110、111、112、113…光学装置、 210、211、212、213…表示システム、 720…移動体、 721…操作台、 Cp…ピッチ、 Dl、Du…距離、 L1〜L6…第1〜第6光、 L4a…虚像、 Lp…ピッチ、 VA…可視領域、 w11、w12…幅   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st optical element, 10a ... 1st surface, 10b ... 2nd surface, 10c ... Center, 11 ... Non-transmission part, 12 ... Transmission part, 13 ... Frame part, 14 ... Connection part, 20 ... 2nd optical element 20a, 22a ... third surface, 20b, 22b ... fourth surface, 20c ... optical center, 21 ... convex portion, 21a ... first convex portion, 21b ... second convex portion, 21c ... arc, 21f1 ... 1st slope, 21f2 ... 2nd slope, 22 ... 1st part, 23 ... 2nd part, 23a ... 5th surface, 23b ... 6th surface, 30 ... 3rd optical element, 30a ... 7th surface, 30b ... 8th surface, 30l ... lower part, 30u ... upper part, 50 ... display device, 50a ... display surface, 60 ... holding part, 61 ... side part, 62 ... projection part, 63 ... space, 64 ... coupling part, 80 ... viewer, 81 ... eye, αx ... first angle, αy ... second 110, 111, 112, 113 ... optical device, 210, 211, 212, 213 ... display system, 720 ... moving body, 721 ... operating table, Cp ... pitch, Dl, Du ... distance, L1-L6 ... first -6th light, L4a ... virtual image, Lp ... pitch, VA ... visible region, w11, w12 ... width

Claims (7)

表示装置の表示面の上に配置される第1光学素子であって、前記第1光学素子は、前記表示面から出射した第1光が入射する第1面と、前記第1面とは反対側の第2面と、を有し、前記第1光学素子は、複数の透過部と複数の非透過部とを含み、前記複数の透過部のそれぞれは、前記第1面に対して平行な第1方向に延在し、前記複数の透過部は、前記第1面に対して平行で前記第1方向に対して垂直な第2方向に並び、前記複数の非透過部のそれぞれは、前記複数の透過部どうしの間に配置され、前記複数の非透過部の光透過率は前記複数の透過部の光透過率よりも低い、前記第1光学素子と、
前記第1光学素子の上に配置され前記第2面から出射する第2光が入射する第2光学素子であって、前記第2光を第3光として出射させ、前記第3光の光軸を、前記第2方向に対して垂直な平面内で、前記第2光の光軸に対して傾斜させる前記第2光学素子と、
を備えた光学装置。
A first optical element disposed on a display surface of a display device, wherein the first optical element is opposite to the first surface on which the first light emitted from the display surface is incident and the first surface And the first optical element includes a plurality of transmission parts and a plurality of non-transmission parts, and each of the plurality of transmission parts is parallel to the first surface. The plurality of transmission parts extend in a first direction, and are arranged in a second direction parallel to the first surface and perpendicular to the first direction, and each of the plurality of non-transmission parts includes the The first optical element, which is disposed between the plurality of transmission parts, and the light transmittance of the plurality of non-transmission parts is lower than the light transmittance of the plurality of transmission parts,
A second optical element disposed on the first optical element and receiving a second light emitted from the second surface, wherein the second light is emitted as a third light, and an optical axis of the third light Tilting the optical axis of the second light within a plane perpendicular to the second direction,
An optical device.
前記第2光学素子は、前記第2光が入射する第3面と、前記第3面とは反対側の第4面と、を有し、
前記第2光学素子は、前記第3面及び前記第4面の少なくともいずれかに設けられた複数の凸状部を含み、
前記複数の凸状部のそれぞれは、前記第1面に対して傾斜し前記第2方向に沿う第1斜面と、前記第1面に対して傾斜し前記第1斜面と交差し前記第2方向に沿う第2斜面と、を含み、
前記第1面と前記第1斜面との間の角度は、前記第1面と前記第2斜面との間の角度とは異なる請求項1記載の光学装置。
The second optical element has a third surface on which the second light is incident, and a fourth surface opposite to the third surface,
The second optical element includes a plurality of convex portions provided on at least one of the third surface and the fourth surface,
Each of the plurality of convex portions is inclined with respect to the first surface and extends along the second direction, and the second inclined direction is inclined with respect to the first surface and intersects the first inclined surface. A second slope along
The optical apparatus according to claim 1, wherein an angle between the first surface and the first slope is different from an angle between the first surface and the second slope.
前記第2光学素子は、
前記第2光が入射する第3面と、前記第3面とは反対側の第4面と、を有する第1部分と、
前記第4面に対向する第5面と、前記第5面とは反対側の第6面と、を有する第2部分と、を含み、
前記第1部分は、前記第3面及び前記第4面の少なくともいずれかに設けられた複数の第1凸状部を含み、
前記第2部分は、前記第5面及び前記第6面の少なくともいずれかに設けられた複数の第2凸状部を含み、
前記複数の第1凸状部のそれぞれは、前記第1面に対して傾斜し前記第2方向に沿う第1斜面と、前記第1面に対して傾斜し前記第1斜面と交差し前記第2方向に沿う第2斜面と、を含み、
前記第1面と前記第1斜面との間の角度は、前記第1面と前記第2斜面との間の角度とは異なり、
前記複数の第2凸状部のそれぞれは、前記第3面に投影したときに円弧状である請求項1記載の光学装置。
The second optical element is
A first portion having a third surface on which the second light is incident and a fourth surface opposite to the third surface;
A second portion having a fifth surface facing the fourth surface and a sixth surface opposite to the fifth surface;
The first portion includes a plurality of first convex portions provided on at least one of the third surface and the fourth surface,
The second portion includes a plurality of second convex portions provided on at least one of the fifth surface and the sixth surface,
Each of the plurality of first convex portions is inclined with respect to the first surface and extends along the second direction, and is inclined with respect to the first surface and intersects with the first inclined surface. A second slope along two directions,
The angle between the first surface and the first slope is different from the angle between the first surface and the second slope,
2. The optical device according to claim 1, wherein each of the plurality of second convex portions has an arc shape when projected onto the third surface.
前記第2光学素子は、前記第2光が入射する第3面と、前記第3面とは反対側の第4面と、を有し、
前記第2光学素子は、前記第3面及び前記第4面の少なくともいずれかに設けられた複数の凸状部を含み、
前記第3面に投影したときに前記複数の凸状部のそれぞれは円弧状であり、
前記第2光学素子の光学的中心は、前記第1光学素子の前記第1方向と前記第2方向とを含む平面内の中心から前記第1方向において離間している請求項1記載の光学装置。
The second optical element has a third surface on which the second light is incident, and a fourth surface opposite to the third surface,
The second optical element includes a plurality of convex portions provided on at least one of the third surface and the fourth surface,
Each of the plurality of convex portions when projected onto the third surface is arcuate,
2. The optical device according to claim 1, wherein an optical center of the second optical element is separated from a center in a plane including the first direction and the second direction of the first optical element in the first direction. .
前記複数の凸状部は、フレネルレンズを形成する請求項4記載の光学装置。   The optical device according to claim 4, wherein the plurality of convex portions form a Fresnel lens. 前記第2光学素子は、前記第1面に対して傾斜して設けられる第3光学素子に向けて、前記第3光を出射させ、
前記第3光学素子は、第7面と前記第7面とは反対側の第8面とを有し、
前記第3光は、前記第7面で反射し、
前記第8面に入射する背景像を含む光は、前記第3光学素子を通過して前記第7面から出射し、前記表示装置の観視者に向けて進行し、
前記第3光は、前記第3光学素子で反射して、前記観視者の片方の目に入射する請求項4または5に記載の光学装置。
The second optical element emits the third light toward a third optical element provided to be inclined with respect to the first surface,
The third optical element has a seventh surface and an eighth surface opposite to the seventh surface,
The third light is reflected by the seventh surface;
Light including a background image incident on the eighth surface passes through the third optical element and exits from the seventh surface, and travels toward the viewer of the display device.
The optical device according to claim 4, wherein the third light is reflected by the third optical element and is incident on one eye of the viewer.
前記第1光学素子及び前記第2光学素子と接続された保持部をさらに備え、
前記保持部は、前記第1光学素子及び前記第2光学素子の少なくともいずれかと前記表示装置との間の空間的配置を規定する請求項1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。
A holding unit connected to the first optical element and the second optical element;
The optical device according to claim 1, wherein the holding unit defines a spatial arrangement between at least one of the first optical element and the second optical element and the display device.
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